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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen einer Getriebeeinheit durch einen ersten und einen zweiten Ölstrom sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Es ist bekannt, dass Getriebe, z.B. Schalt- oder Automatgetriebe in Kraftfahrzeugen durch einen Ölstrom nicht nur geschmiert, sondern auch gekühlt werden, wobei der Ölstrom in der Regel durch eine mechanisch angetriebene Ölpumpe gefördert und über einen Ölkühler, einen speziellen Getriebeölkühler, geleitet wird. Es sind ferner Doppelkupplungsgetriebe bekannt, welche ein Schaltgetriebe und eine Doppelkupplung aufweisen. Eine nass laufende Doppelkupplung muss geschmiert und gekühlt werden und weist daher einen eigenen Ölkreislauf auf, der in der Regel jedoch mit dem Ölkreislauf des Schaltgetriebes gekoppelt ist.
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Es ist ferner bekannt, dass insbesondere Getriebe von Nutzfahrzeugen über eine Dauerbremse in Form eines Retarders verfügen, wobei hier hydrodynamische Retarder und elektrodynamische Retarder, d.h. Wirbelstrombremsen bekannt sind. Da in den Retardern infolge der Vernichtung von Bremsenergie Wärme anfällt, ist den Retardern ein eigener Wärmeübertrager, ein Retarderölkühler, zugeordnet. Bei hydrodynamischen Retardern, welche einen von Öl beaufschlagten Stator und einen Rotor aufweisen, wird das erhitzte Öl direkt dem Retarderölkühler, welcher durch das Kühlmittel des Kühlkreislaufes des Motors gekühlt wird, zugeleitet. Es ist bekannt, dass der hydrodynamische Retarder mit Wärmeübertrager direkt an das Schaltgetriebe angeflanscht ist und mit diesem eine Baueinheit bildet. Derartige Getriebeeinheiten, welche ein Schaltgetriebe, eine Doppelkupplung sowie einen Retarder umfassen, weisen also mindestens zwei separate Wärmeübertrager auf.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Kühlungsverhältnisse, sowohl auf der Verfahrens- als auch auf der Vorrichtungsseite zu verbessern.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kühlverfahren gelöst, bei welchem ein erster Ölstrom während eines ersten Intervalls und ein zweiter Ölstrom während eines zweiten Intervalls gekühlt werden, wobei das erste und das zweite Intervall zeitlich nacheinander liegen, d.h. beide Ölströme werden nicht gleichzeitig und nicht parallel zueinander, sondern in verschiedenen Zeitintervallen gekühlt. Durch diese Maßnahme wird eine effektive Kühlung erreicht, indem nur der Ölstrom, bei welchem aktuell Wärme anfällt und abzuführen ist, gekühlt wird.
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Nach einer bevorzugten Verfahrensvariante werden der erste und der zweite Ölstrom wechselweise durch einen gemeinsamen Wärmeübertrager geleitet und gekühlt. Der Wärmeübertrager wird somit entweder vom ersten oder vom zweiten Ölstrom durchströmt, d.h. er führt entweder die Wärme des ersten Ölstromes oder die Wärme des zweiten Ölstromes an die Umgebung oder ein Sekundärmedium, beispielsweise das Kühlmittel des Kühlkreislaufes eines Verbrennungsmotors ab. Es ergibt sich somit der Vorteil, dass für zwei Ölströme oder zwei Ölkreisläufe nur ein Wärmeübertrager benötigt wird, was den Vorrichtungsaufwand erheblich reduziert.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Getriebeeinheit als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet und umfasst ein Schaltgetriebe sowie eine Doppelkupplung, wobei das Schaltgetriebe über den ersten Ölstrom und die Doppelkupplung über den zweiten Ölstrom gekühlt werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die abzuführende Wärme bei einer derartigen Getriebeeinheit zu unterschiedlichen Zeiten, d.h. in zeitlich nacheinander angeordneten Intervallen anfällt. Die von der Doppelkupplung erzeugte Wärme tritt bei Reibarbeit, d.h. beim Anfahren und Schalten der Gänge auf, d.h. bei instationären Fahrzuständen des Kraftfahrzeuges. Gleichzeitig ist die Wärmeentwicklung im Schaltgetriebe geringer, d.h. es besteht ein geringerer Kühlungsbedarf. Daher ist dem Schaltgetriebe ein erster Ölstrom und der Doppelkupplung ein zweiter Ölstrom zugeordnet, welche separat und nacheinander kühlbar sind.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Getriebeeinheit neben dem Doppelkupplungsgetriebe auch einen Retarder, wobei das Schaltgetriebe und der Retarder über den ersten Ölstrom und die Doppelkupplung über den zweiten Ölstrom gekühlt werden. Im Retarder tritt die Wärmeentwicklung insbesondere bei Gefällefahrten des Fahrzeuges auf, bei welchen die Bremsarbeit des Retarders hydrodynamisch oder elektrodynamisch in Wärme umgewandelt wird, die abgeführt werden muss. Die Wärmeentwicklung in der Doppelkupplung ist während einer Gefällefahrt vergleichsweise gering, da wenig oder kaum Schaltungen durchgeführt werden. Insofern hat der Retarder in der Bremsphase den höheren Kühlungsbedarf gegenüber der Doppelkupplung. Daher genießt der erste Ölstrom zur Kühlung von Schaltgetriebe und Retarder Priorität gegenüber dem zweiten Ölstrom.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Getriebeeinheit ein gemeinsamer Wärmeübertrager zugeordnet. Im Vergleich zum Stand der Technik, wo in der Regel mindestens zwei Wärmeübertrager für derartige Kühlzwecke benötigt werden, wird durch den erfindungsgemäßen, zweifach genutzten Wärmeübertrager eine deutliche Gewichts- und Bauraumeinsparung erzielt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der gemeinsame Wärmeübertrager als Getriebeölkühler ausgebildet, welcher bei Getrieben mit größerer Leistung bereits vorhanden, z.B. an das Getriebe angeflanscht ist. Insofern erfährt der Getriebeölkühler eine zusätzliche Nutzung.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der gemeinsame Wärmeübertrager als Retarderölkühler ausgebildet, welcher in der Regel Bestandteil einer Retardereinheit ist. Somit kann auch hier auf einen zusätzlichen Wärmeübertrager verzichtet werden, da der vorhandene Ölkühler eine zusätzliche Kühlungsfunktion übernimmt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der erste Ölstrom, welcher das Schaltgetriebe oder das Schaltgetriebe und den Retarder kühlt, durch eine mechanische Ölpumpe gefördert, welche in der Regel durch die Antriebsmaschine des Fahrzeuges angetrieben wird.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der zweite Ölstrom, welcher die Doppelkupplung kühlt, durch eine elektrische Zusatzölpumpe gefördert, welche durch einen Elektromotor angetrieben und aus dem Bordnetz mit elektrischer Energie versorgt wird.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Ventileinheit vorgesehen, welche den ersten und den zweiten Ölstrom derart steuert, dass entweder nur der erste oder nur der zweite Ölstrom durch die Primärseite des Wärmeübertragers geleitet und damit gekühlt wird.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Ventileinheit ein erstes Schaltventil, welches im Bereich des Zulaufs zum Wärmeübertrager angeordnet ist. Das erste Schaltventil lässt einen Ölstrom zum Wärmeübertrager und den anderen Ölstrom zu einem Kurzschluss, der den Wärmeübertrager umgeht, durch.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Ventileinheit ein zweites Schaltventil, welches im Bereich des Rücklaufs vom Wärmeübertrager angeordnet ist. Dieses Schaltventil verbindet den vom Wärmeübertrager kommenden, gekühlten Ölstrom entweder mit dem ersten oder dem zweiten Ölstrom.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das erste Schaltventil als erstes Durchlass- und Umlenkventil ausgebildet, d.h. das erste Durchlassventil lässt beide Ölströme durch, während das erste Umlenkventil in einer zweiten Position die Ausgänge vertauscht.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das zweite Schaltventil ein zweites Durchlass- und ein Umlenkventil, welches analog wie das erste Schaltventil arbeitet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
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1 eine Getriebeeinheit mit einer erfindungsgemäßen Ventileinheit in einer ersten Schaltstellung und einen Wärmeübertrager und
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2 die Ventileinheit in einer zweiten Schaltstellung.
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1 zeigt einen Hydraulikschaltplan 1, welcher zwei Ölströme, nämlich einen ersten Ölstrom 2 und einen zweiten Ölstrom 3, eine Getriebeeinheit 4, eine Ventileinheit 5 sowie einen Wärmeübertrager 6 umfasst. Die Getriebeeinheit 4 umfasst in einer ersten Variante ein Schaltgetriebe 7 und eine Doppelkupplung 8, welche zusammen ein Doppelkupplungsgetriebe bilden, und in einer zweiten Variante das Doppelkupplungsgetriebe 7, 8 und einen (gestrichelt dargestellten) Retarder 9, welcher als hydrodynamische Bremse oder als elektrodynamische Bremse, auch Wirbelstrombremse genannt, ausgebildet sein kann. Die Doppelkupplung 8 ist dem Schaltgetriebe 7 zugeordnet und dient als Anfahrhilfe sowie zum Schalten von Gängen. Der Retarder 9 ist – bei der zweiten Variante – an das Schaltgetriebe 7 angeflanscht und bildet mit diesem eine bauliche Einheit. Bevorzugt ist der Retarder 9 als hydrodynamische Bremse ausgebildet, welche einen mit der Getriebeausgangswelle verbundenen Rotor sowie einen getriebeseitig festgehaltenen Stator (nicht dargestellt) aufweist. Bei Gefällefahrt des Fahrzeuges wird der Rotor von den abzubremsenden Fahrzeugrädern angetrieben und stützt sich hydrodynamisch am Stator ab, so dass ein Bremsmoment auf die Getriebeausgangswelle ausgeübt wird. Dabei entsteht Wärme, die über das den Retarder 9 durchströmende Öl abgeführt wird. Das Schaltgetriebe 7 umfasst unter anderem eine Reihe von Radsätzen (nicht dargestellt), welche durch Getriebeöl geschmiert und gekühlt werden. Das Schaltgetriebe 7 und der Retarder 9 weisen einen gemeinsamen Ölhaushalt auf, d.h. sie werden durch einen gemeinsamen Ölkreislauf, hier als erster Ölstrom 2 bezeichnet, versorgt. Für die Förderung des ersten Ölstromes 2 ist eine vorzugsweise mechanisch angetriebene Ölpumpe 10, kurz mechanische Ölpumpe 10 genannt, vorgesehen. Für die Doppelkupplung 8, die als nass laufende, d.h. als durch Öl geschmierte und gekühlte Lamellenkupplung ausgebildet ist, ist ein eigener Ölkreislauf vorgesehen, welcher hier als zweiter Ölstrom 3 bezeichnet und durch eine elektrische Zusatzölpumpe 11 gefördert bzw. umgewälzt wird. Während die mechanische Ölpumpe 10 bevorzugt von der Antriebsmaschine, vorzugsweise einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angetrieben wird, weist die elektrische Zusatzölpumpe 11 einen als Elektromotor ausgebildeten Antrieb auf, welcher aus dem Bordnetz des Fahrzeuges mit elektrischer Energie versorgt wird. Erfindungsgemäß ist den beiden Ölströmen, dem ersten Ölstrom 2 sowie dem zweiten Ölstrom 3, nur ein Wärmeübertrager, nämlich der Wärmeübertrager 6 zugeordnet. Letzterer kann bei der ersten Variante als Getriebeölkühler für das Schaltgetriebe 7 oder bei der zweiten Variante als Ölkühler für den Retarder 9 ausgebildet sein. Der Wärmeübertrager 6, der einen Vorlauf 6a und einen Rücklauf 6b aufweist, wird alternativ und zu verschiedenen Zeitintervallen primärseitig von den beiden Ölströmen 2, 3 durchströmt. Sekundärseitig kann der Wärmeübertrager 6 durch das Kühlmittel des Kühlkreislaufes der Antriebsmaschine des Fahrzeuges gekühlt werden – entsprechende Anschlüsse 6c, 6d für den Ein- und Austritt des Kühlmittels sind durch Pfeile angedeutet.
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Zur Steuerung der beiden Ölströme 2, 3 ist eine Ventileinheit 5 mit einem ersten Schaltventil 12 und einem zweiten Schaltventil 13, welche durch eine mechanische Verbindung 14 miteinander gekoppelt sind, vorgesehen. Das erste Schaltventil 12 umfasst ein symbolisch dargestelltes erstes Durchlassventil 12a sowie ein erstes symbolisch dargestelltes Umlenkventil 12b, kurz als erstes Durchlass- und Umlenkventil 12a, 12b bezeichnet. Das zweite Schaltventil 13 umfasst in analoger Weise wie das erste Schaltventil 12 ein zweites symbolisch dargestelltes Durchlassventil 13a sowie ein symbolisch dargestelltes zweites Umlenkventil 13b, kurz als zweites Durchlass- und Umlenkventil 13a, 13b bezeichnet. Aufgrund der mechanischen Verbindung 14 werden die Ventile 12a, 12b, 13a, 13b gleichzeitig und gleichsinnig verstellt. Die Betätigung des ersten und des zweiten Schaltventils 12, 13 erfolgt vorzugsweise elektromagnetisch, was durch eine gestrichelt dargestellte Signalleitung 15 mit Pfeil angedeutet ist; alternativ kann die Betätigung aber auch rein mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch erfolgen.
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1 zeigt eine erste Schaltstellung für das erste Schaltventil 12, welches stromabwärts der beiden Ölpumpen 10, 11 und im Bereich des Vorlaufs 6a zum Wärmeübertrager 6 angeordnet ist, und das zweite Schaltventil 13, welches im Bereich des Rücklaufs 6b vom Wärmeübertrager 6 angeordnet ist. Der in 1 dargestellten Schaltstellung liegt der Fall zu Grunde, dass die Doppelkupplung 8 geschlossen ist, demzufolge keine Reibarbeit geleistet wird und daher keine Wärme abzuführen ist. Der die Doppelkupplung 8 kühlende zweite Ölstrom 3 wird daher nicht durch den Wärmeübertrager 6, sondern – infolge der Schaltstellung der Durchlassventile 12a, 13a – durch einen Kurzschluss 16 geleitet. Somit findet in dieser Phase bzw. diesem Zeitintervall, in welchem die Doppelkupplung 8 geschlossen ist, keine Kühlung des zweiten Ölstromes 3 statt. Vielmehr wird der erste Ölstrom 2 aufgrund des ersten Durchlassventils 12a in den Vorlauf 6a durchgelassen und kann somit den Wärmeübertrager 6 durchströmen; der gekühlte Ölstrom verlässt über den Rücklauf 6b den Wärmeübertrager 6 und passiert das zweite Durchlassventil 13a.
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2 zeigt den Schaltplan 1 ohne die Getriebeeinheit 4 und ohne die Ölkühler 10, 11, jedoch mit der Ventileinheit 5 und dem Wärmeübertrager 6, wobei sich das erste und das zweite Schaltventil 12, 13 in einer zweiten Schaltstellung befinden. Dieser zweiten Schaltstellung liegt der Fall zu Grunde, dass durch die Doppelkupplung 8 infolge Schalten oder Kuppeln Reibarbeit geleistet wird und damit Wärme entsteht, welche abgeführt werden muss. Gleichzeitig entsteht im Schaltgetriebe 7 und im Retarder 9 (vgl. 1) in dieser Phase kaum Wärme, so dass die Kühlung des ersten Ölstromes 2 temporär unterbrochen wird. Der zweite Ölstrom 3, welcher die Doppelkupplung 8 kühlt, wird dagegen über den Wärmeübertrager 6 geleitet und dort gekühlt. Dies erfolgt über die Schaltstellung des ersten Umlenkventils 12b, durch welches der zweite Ölstrom 3 in den Vorlauf 6a zum Wärmeübertrager 6 umgelenkt wird, und andererseits durch die Schaltstellung des zweiten Umlenkventils 13b, durch welches der über den Rücklauf 6b aus dem Wärmeübertrager 6 austretende, gekühlte Ölstrom in den zweiten Ölstrom 3 umgelenkt wird. Damit wird durch diese zweite Schaltstellung eine Kühlung des zweiten Ölstromes 3 erreicht. Die Verstellung der beiden Schaltventile 12, 13 von der ersten Schaltstellung gemäß 1 in die zweite Schaltstellung gemäß 2 erfolgt – wie auch in 1 dargestellt – durch die Aktuierung 15.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydraulikschaltplan
- 2
- erster Ölstrom
- 3
- zweiter Ölstrom
- 4
- Getriebeeinheit
- 5
- Ventileinheit
- 6
- Wärmeübertrager
- 6a
- Vorlauf
- 6b
- Rücklauf
- 6c
- Kühlmitteleintritt
- 6d
- Kühlmittelaustritt
- 7
- Schaltgetriebe
- 8
- Doppelkupplung
- 9
- Retarder
- 10
- mechanische Ölpumpe
- 11
- elektrische Zusatzölpumpe
- 12
- erstes Schaltventil
- 12a
- erstes Durchlassventil
- 12b
- erstes Umlenkventil
- 13
- zweites Schaltventil
- 13a
- zweites Durchlassventil
- 13b
- zweites Umlenkventil
- 14
- mechanische Verbindung
- 15
- Betätigung
- 16
- Kurzschluss
